圆盖塑料模具设计.docx

绪 论
1塑料成型模具在加工工业中的地位
塑料成型所用的模具称为熟料成型模，是用于成型熟料制件的模具，它是型腔模的一种类型。目前，熟料制件几乎已经进入了一切工业部门以及人民日常生活的各个领域，因此，对塑料模具生产不断向前发展起着推动作用。
现代塑料成型生产中，塑料制件的质量与塑料成型模具、塑料成型设备和塑料成型工艺密切相关。其中，整套图纸加完整说明书：扣扣849427068。塑料成型模具的质量最为关键。要求塑料模具能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等方面均能满足使用要求的优质制品。从模具使用角度，要求高效率、自动化、操作简便；从模具制造角度，要求结构合理、制造简易、成本低廉。模具是决定最终产品性能、规格、形状机尺寸精度的载体，塑料成型模具是使塑料成型生产过程顺利进行、保证塑料成型制件质量不可缺少的工艺装备，是体现塑料成型设备高效率、高性能和合理先进塑料成型工艺的具体实施者，也是新产品开发的决定性环节。随着我国经济与国际的接轨和国家经济建设持续稳定的发展，塑料制件的应用快速上升，模具设计与制造和塑料成型的各类企业日益增多，塑料成型工业在基础工业中的地位和对国民经济的影响日益重要。
2塑料模具的现状
从塑料模具的发展状况看，中国的模具产品的10大类46个小类中，塑料模具占模具总量的40％左右。整套图纸加完整说明书：扣扣849427068。 如今，塑料在家电、汽车、电子、电器、通讯等产品中得到迅速而广泛的应用，在此进程中，塑料模具在整个模具产业中的比重将占到半壁江山，塑料模具在进出口中的比重更高达50～60％。据专家预测分析，今年进口模具依然以与汽车和家电配套大型的注塑模具、为集成电路配套的塑封模具、为电子信息产业和机械包装配套的多层、多腔、多材质、多色、精密度高的塑料模具为主；与此同时，中低档塑料模具出口将上升30％左右。中国模具进口主要来源于日本、中国台湾、韩国等，出口货源和进口目的地以广东、上海、北京、江苏居多，而中国塑料模具出口目的地比较分散，主要是输往中国香港地区，其中不少为转口贸易。
3塑料成型模具的发展趋势
目前为止，我国在塑料模的制造精度、模具标准化程度、制造周期、模具寿命以及塑
料成型设备的自动化程度和精度等方面已经有了长足的进步。从塑料成型模具的设计理论、设计实践和制造技术出发，实践与制造大致有以下几个方面的发展趋势。

（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。

（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。

（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。

（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。

第一章 塑件工艺性分析
零件名称：圆盖（如图1-1所示）
生产批量：大批量
材料：ABS
关键词：整套图纸加完整说明书：扣扣849427068。
未注公差取MT5级精度
要求设计圆盖模具

图1-1圆盖塑件图

塑件的工艺性分析包括塑件的原材料分析、塑件的尺寸精度分析、塑件表面质量和塑件的结构工艺分析，其具体分析如下。
1.1塑件原材料分析
见表1-1。
表1-1塑件的原材料分析
材料品种
ABS,属于热塑性塑料。
结构特点
无定形高聚物，透明。
使用温度
只能在较低温度下使用，热变形温度一般在70~98℃。
化学稳定性
有一定的化学稳定性，能耐碱、硫酸、磷酸。10%~30%的盐酸、稀硝酸及其他有机酸，但不耐硝酸及氧化剂的作用等。
性能特点
电绝缘性（尤其是高频绝缘性）优良，无色透明，透光率仅次于有机玻璃，着色性、耐水性良好，机械强度一般。
成型特点
无定性料，吸湿性小，不易分解；
流动性较好（溢边值为0.03mm左右），可用螺杆或柱塞注射机成型；喷嘴用直通式或自锁式，但应防止飞边；
易采用高料温、高模温、低注射压力、延长注射时间，有利于降低内应力，防止缩孔、变形。
结论
1. 流动性好采用螺杆或柱塞式注射机成型，喷嘴用直通式或自锁式；可采用各种形式的浇口，浇口和塑件应圆弧连接，防止去除浇口时损坏塑件；脱模斜度应大，顶出均匀，以防脱模不良而发生开裂变形。
2. 温度敏性高，对料温应严格控制，否则会出现“银丝”、透明性差现象。
3. 塑件壁厚均匀，最好不带嵌件（如有嵌件应预热），各面应圆弧连接，不宜有缺口、尖角。

1.2塑件的尺寸精度、表面质量分析
1.2.1塑件的尺寸精度分析
该塑件需标注的公差尺寸，属于一般精度要求，其他尺寸均为未标注公差的自由尺寸，可按MT5查取公差，塑件的主要尺寸的公差（单位均为mm）。
1.2.2塑件表面质量分析
该塑件要求外形美观，外表面没有斑点及熔接痕，粗糙度可取Ra1.6µm,而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求。
1.3塑件的结构工艺分析
具体分析如下：
(1)从图纸上分析，该塑件基本上为对称体，该塑件大端接触处设计脱模容易，且飞边去除容易，设计合理。
(2)该塑件另一端端部有圆弧过渡，便于人手触摸，设计合理。
综上所述，该塑件可采用注射成型加工。
1.4确定成型设备选择与模具工艺规程编制
(1)计算塑件的体积 V=448，0316mm3（过程略）。
(2)计算塑件的质量 计算塑件的质量为了选择注射机及确定模具型腔数。根据有关手册查得ρ=1.05g/cm3。
所以，塑件的质量为：
（1）
根据塑件形状及尺寸采用一模两件的模具结构；考虑外形尺寸，对塑件及材料的分析
及注塑时所需的压力情况，参考模具设计手册出初选柱塞式注射机：XS-Z-60。
该注塑机的参数如表1-3所示：
表1-3 注塑机的参数
额定注射量/cm³
60
螺杆直径/mm
38
注射压力/Mpa
122
注射行程/mm
170
注射方式
柱塞式
锁模力/KN
500
最大成型面积/cm³
130
最大开合模行程/mm
180
模具最大厚度/mm
200
模具最小厚度/mm
70
喷嘴圆弧半径/mm
12
喷嘴孔直径/mm
4
动定模固定板尺寸/mm
330x440
拉杆空间/mm
190x300
合模方式
液压-机械
顶出方式
中心顶出

1.5塑件的注射工艺参数的确定
1.5.1ABS注射成型工艺参数
ABS注射成型工艺参数见表1-4，试模时，可根据实际情况做适当调整。
表1-4ABS
工艺参数
规 格
工艺参数
规 格
预热和干燥
温度t：60～75
成型时间/s
注射时间
15～45
时间s: 2h
保压时间
0～3
料筒温度t/℃
前段
140～160
冷却时间
15～60
中段
160～170
总周期
40～120
后段
170～190
螺杆转速n/(r/min )
48
喷嘴温度t/℃
160～170
后处理
方法
红外线灯，烤箱
模具温度t/℃
32～65
温度t/℃
70
注射压力p/Mpa
60～110
时间s/h
2～4

1.5.2塑件的结构工艺性分析
圆盖模塑工艺卡见表1-5。

表1-5圆盖模塑工艺卡
（厂名）

塑料注射成型工艺卡片
资料编号

车间

共 页
第 页
零件名称
圆盖
材料牌号
ABS
设备型号
XS-Z-60
装配图号
AN00-00
材料定额
大批量
每模件数
4件
零件图号

单件质量
0.470g
工装号

材料干燥
设备

温度t/℃
60～75
时间/h
2
料筒温度
喷嘴/℃
160～170
前段/℃
140～160
中段/℃
160～170
后段/℃
170～190
模具温度/℃
32～65
时间
注射/s
15～45
保压/s
0～3
冷却/s
15～60
压力
注射压力Mpa
60～110
背压 Mpa

后处理
温度/℃
鼓风烤箱70
时间定额
辅助

时间/h
24
单件

检验

编制
校对
审核
组长
车间主任
检验组长
主管工程师

第二章 注射模的结构设计
注射模结构设计主要包括：分型面的选择，模具型腔数目的确定及型腔的排列，浇注系统设计，型芯型腔结构的确定，推件方式，模具结构零件设计等内容。
2.1分型面的选择
根据塑件制品分型面的设计与选择原则，分型面应该设计在零件截面最大的部位，且不影响零件的外观。塑件就包紧在动模型芯一点，因而留在动模点，这使模具的结构变得简单，因而选择该方法为模具设计的分型方案。

2.2型腔数目的确定及型腔布局
（1）若采用一模一腔，由于此零件的外型尺寸很大，模架相对于这个模具显得特别大，且适合大批量生产。
（2）若采用一模多件，生产效率高，资源的利用率也高，这里选用的是一模两腔圆形分布，模具尺寸适中，不适合大批量生产，这样也有利于浇注系统的排列和模具的平衡。

2.3浇注系统的设计
2.3.1主流道的设计
根据手册查得XS-Z-60型注射机喷的有关尺寸如下：
喷嘴半径：R1=12mm；
喷嘴孔直径：d1= Ø 4mm；
根据模具主流道与喷嘴的关系：
R=R1+(1～2)mm；d=d1+(0.5～1)mm
取主流道球面半径：R=14mm；
取主流道的小端直径：d= Ø 4.5mm；
2.3.2分流道的设计
分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度，注射速率的因素有关。

该塑件的体积比较小，形状也不复杂，本设计采用U型断面分流道，切削加工在动模上，加工容易实现，且比表面积不大，热量损失和阻力损失不太大，查相关经验表格得U型分流道截面半径R=3mm，h=3.75mm,据此，该模具的分流道设计如图2-3a，U型分流道截面如图2-3b所示。

图2-3a分流道

如图2-3bU型分流道截面
2.3.3浇口的设计
（1）浇口形式的选择：由于该塑件外观要求、质量要求较高，浇口的位置和大小以不影响该塑件的外观质量为前提，同时也应尽量使模具结构更简单。根据对该塑件结构的分析，以确定分型面的位置。综合对塑件成型性能、浇口和模具结构的分析比较，确定成型该模具采用品平衡点浇口形式。因为形式所得到的型腔零件加工简单，且浇口容易去除，不影响制品的使用性能和外观质量，容易保证每个型腔内塑件尺寸，如图2-3c所示。
2.4型芯、型腔结构的确定
型芯、型腔可采用整体式或组合式结构。
整体式型腔是直接在型腔板上在加工，有较高的刚度和强度。但零件尺寸较大时加工和热处理都较困难。整体时型芯结构牢固，成型塑件质量好，但尺寸较大，消耗贵重模具钢多，不便加工和热处理。整体式结构适用于形状简单的中小型塑件。
组合式型腔是由许多拼块镶制而成，机械加工和热处理比较容易，能满足大型塑件的成型需要。组合式型芯可节省贵重模具钢，便于机加工和热处理，修理更换方便。同时也有利于型芯冷却和排气的实施。
由于该塑件尺寸较小，最大只有Ø13.5mm，且形状简单。若采用拼块组合式型腔，比较麻烦，需要至少8块拼块组成。所以，型腔采用整体式结构。考虑加工和热处理比较困难，型芯采用拼块组合式结构。
2.5冷料穴和拉料杆的设计
冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以免影响塑件的质量。冷料穴是浇注系统的结构组成之，模具常用Z形拉料杆冷料穴。开模时，拉料杆头部的Z字形钩将主流道凝料钩住，使得凝料从主流道中脱出；拉料杆的底部固定在推板上，在推出塑件时凝料一同被推出，最后连同塑件一起脱出模外。

图2-8 标准模架

第三章 主要零部件的设计计算
3.1成型零件工作尺寸计算
该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算。查相关手册得改性聚苯乙烯的收缩率为Q=0.4%～0.7%，故平均收缩率为S=(0.4%+0.7%)/2=0.55%=0.0055。根据塑件尺寸公差要求，模具的制造公差取δz=Δ/3。成型零件尺寸计算见表3-1。
表3-1型芯型腔主要工作尺寸计算
类别
零件图号
名称
计算公式
型腔计算
件2
定模板

件3
动模板
件2
定模板

件3
动模板
型芯计算
件2
定模板

件3
动模板

3.2模具型腔壁厚的确定
塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应有足够的强度和刚度，本模具的凹模采用的是整体嵌入式，因此可用整体式圆形型腔壁厚计算公式来确定型腔点壁厚S和型腔底板厚度T，如图3-2所示。
(1)整体式圆形型腔点壁厚的计算
a)按刚度条件计算时，其点壁厚为：
（2）
式中：

S——型腔的 点壁厚度，mm；
P——型腔内单位面积熔体压力，Mpa.可取注射成型压力的25%～50%,则p取45 Mpa；

h——型腔高度，mm.本设计型腔高度为h=2mm；
E——型腔材料的弹性模量，Mpa(一般中碳钢E=2.1×105Mpa,预硬化塑料模具钢E=2.2×105Mpa)；
[δ]——型腔许用变形量，mm（查相关表得[δ]≤0.05mm，取[δ]=0.05mm）。
将相关数据代入式（2）中，得：

b)按强度条件计算，其点壁厚度为：
（3）
式中：
[б]——型腔材料的许用应力，Mpa(一般地，未经淬硬的钢材的许用应力取[б]=78.4～98Mpa，对淬硬到HRC53～58的钢材，取[б]=137.2～156.8Mpa,本设计中取[б]=147Mpa)。

XS-Z-60型注射机的额定注射量为mI=60cm3，为使注射成型过程稳定可靠，应有
mi=（0.1～0.8）mI=3～24cm3
因此，该注射机的注射量满足模具的要求。以上分析证明：XS-Z-60型柱塞式注射机能满足要求，故可以采用。根据校核结论，将XS-Z-60型柱塞式注射机填入成型工艺卡。

第五章 成型零部件的加工
5.1精密注射模具的特点
1）精度要求高
精密注射模具是用来成型精密塑件的模具，因而对精密模具零件的尺寸精度要求是非常高，必须是以微米（µm）为单位进行测量。
2）手式加工对机械加工的比例极小
精密模具的最主要的制造特点是除了抛光和组装作业外，均不用手式加工。一般模具的机械加工和手式加工所占的百分比分别为60%～70%和30%～40%，而精密模具的机械加工和手式加工所占比例为90%～10%。
3）模具可进行淬火处理
模具零件的硬度越高，则寿命业越高，为使淬火的模具零件具有高精度，则必须采用磨削加工或电加工。如前所述，当模具需进行拼装时，要求各拼块具有很高的精度。
根据成型塑件的差异，在每次注塑过程中，模具处于高温曲内，因而当对模具零件采用低温回火后，在成型加工过程中，模具温度有又对零件进行重复回火而使硬度降低。同时还需要考虑残留奥氏体所引起的体积膨胀。
一般回火温度至少应是成型加工时模具温度的两倍以上，并适应地进行低温处理以消除残留的奥氏体。
5.2模具制造钢材特点
1）材料及热处理
对退火钢、调质钢、预硬钢、全淬硬钢及析出钢等材料来说，其加工工序都不相同，使用铬钼钢板时，为了提高其机械性能，必须进行调质处理，调质硬度约为30HRC。加工程序为：粗加工—调质处理—半精加工—精加工。在使用预应用钢时，根据钢板厚度和材质，有时热处理的效应没有达到钢板的中心部位。所以在粗加工后，需按照规定硬度再进行热处理。
使用全淬硬钢时，则在粗加工后进行退火消除应力，然后按切屑加工、淬火、回火、磨削、电加工及精加工的程序进行加工。至于析出硬化钢、则需在机械加工后进行时效处理。
对模具零件进行热处理，特别是进行淬火时，根据零件的形状将会产生不同程度的弯
曲和变形，因而，粗加工后需进行退火处理，以消除残余应力。对尺寸精度要求很高的模
具零件，如不消除内部应力，则精加工后常会出现变形。一旦在由淬火产生弯曲变形，则不宜使用压力机等进行校直。
2）材料硬度和加工的难易程度
材料硬度为HRC40时，任可进行铣屑加工，对淬火钢必须使用磨屑加工或电加工。
5.3模具机械加工要点
1）加工条件
根据材料的硬度，可能采用的加工方法有一定的限制，加工效率也有高低。材料硬度为HRC40以下时可进行切削加工，切削加工的加工效率比磨削高。但表面粗糙度却比磨削加工差。材料硬度为HRC40以上时，则只能使用磨削加工或电加工。
2）加工形状
按加工形状决定采用的加工方法。对轴类加工、孔加工、镗孔加工、平面加工、齿形加工及沟槽加工等所用的加工机械是有限制的。

第六章 模具的试模与修模
试模中所获得的样件是对模具整体质量的一个全面反映。以检验样件来修正和验收模具，是塑料模具这种特殊产品的特殊性。首先，在初次试模中我们最常遇到的问题是根本得不到样件。常因塑件被粘附于模腔内，或型芯上，甚至因流道粘着制品被损坏。这是试模首先应当解决的问题。
6.1粘着模腔
制品粘着在模腔上，是指塑件在模具开启后，与设计意图相反，离开型芯一点，滞留于模腔内，致使模腔机构失效，制品无法取出的一种反常现象。其主要原因是：
（1）注射压力过高，或者注射保压压力过高。
（2）注射保压和注射高压时间过长，造成过量充模。
（3）冷却时间过短，物料未能固化。
（4）模芯温度高于模腔温度，造成反向收缩。
（5）型腔内壁残留凹槽，或分型面边缘受过损伤性冲击，增加了脱模阻力。
6.2粘着模芯
（1）注塑压力和保压压力过高或时间过长而造成过量冲模，尤其成型芯上有加强筋槽的制品，情况更为明显。
（2）冷却时间过长，制件在模芯上收缩量过大。
（3）模腔温度过高，使制件在设定温度内不能充分固化。
（4）机筒与喷嘴温度过高，不利于在设定时间内完成固化。
（5）可能存在不利于脱模方向的凹槽或抛光痕迹需要改进。
6.3粘着主流道
（1）闭模时间太短，使主流道物料来不及充分收缩。
（2）料道径向尺寸相对制品壁厚过大，冷却时间内无法完成料道物料的固化。
（3）主流道衬套区域温度过高，无冷却控制，不允许物料充分收缩。
（4）主流道衬套内孔尺寸不当，未达到比喷嘴孔大0.5~1mm。
（5）主流道拉料杆不能正常工作。
一旦发生上述情况，首先要设法将制品取出模腔（芯），不惜破坏制件，保护模具成型部位不受损伤。仔细查找不合理粘膜发生的原因，一方面要对注射工艺进行合理调整；另一方面要对模具成型部位进行现场修正，直到认为达到要求，方可进行二次注射。

6.4成型缺陷
当注射成型得到了近乎完整的制件时，制件本身必然存在各种各样的缺陷，这种缺陷的形成原因是错综复杂的，一般很难一目了然，要综合分析，找出其主要原因来着手修正，逐个改进，方可得到理想的样件。下面就对塑模中常见的成型制品主要缺陷及其改进的措施进行分析。
6.4.1注射填充不足
所谓填充不足是指在足够大的压力、足够大的料量条件下注射不满型腔而得不到完整的制件。这种现象极为常见。其主要原因有：
（1）熔料流动阻力过大
这主要有下列原因：主流道或分流道尺寸不合理。流道截面形状、尺寸不利于熔料流动。尽量采用整圆形、梯形等相似的形状，避免采用半圆形。球缺形料道。熔料前锋冷凝所致。塑料流动性能不佳。制品壁厚过薄。
（2）型腔排气不良
这是极易被忽视的现象，但以是一个十分重要的问题。模具加工精度超高，排气显得越为重要。尤其在模腔的转角处、深凹处等，必须合理地安排顶杆、镶块，利用缝隙充分排气，否则不仅充模困难，而且易产生烧焦现象。
（3）锁模力不足
因注射时动模稍后退，制品产生飞边，壁厚加大，使制件料量增加而引起的缺料。应调大锁模力，保证正常制件料量。
6.4.2溢边（毛刺、飞边、批锋）
与第一项相反，物料不仅充满型腔，而且出现毛刺，尤其是在分型面处毛刺变大，甚至在型腔镶块缝隙处也有毛刺存在，其主要原因有:
a.注射过量
b.锁模力不足
c.流动性过好
d.模具局部配合不佳
e.模板翘曲变形

6.4.3制件尺寸不正确
初次试模时，经常出现制件尺寸与设计要求尺寸相差较大。这时不要轻易修改型腔，应该从注射工艺上找原因。
注射压力过高，保压时间过长，此条件下产生了过量充模，收缩量趋向小值，使制件尺寸变小；模温过高，制件从模腔取出时，体积收缩量大，尺寸偏小。此时调整工艺条件即可。
通过调整工艺条件，通常只能在极小范围内使尺寸精华，可以改变制件相互配合的松紧程度，但难以改变公称尺寸。

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